안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 양귀비 꽃이 독성이 있는것과 없는것에 차이는 뭘까요?
안녕하세요.양귀비, 또는 아편양귀비라고 불리는 식물은 양귀비과에 속하는 한해살이풀입니다. 양귀비(Papaver 속) 식물은 여러 종이 있으며, 그중에서 독성이 있는 것과 없는 것의 차이는 주로 특정 알칼로이드(alkaloid) 성분의 유무와 함량 차이에서 비롯됩니다. 우리가 마약 원료로 알고 있는 아편 양귀비는 Papaver somniferum이라는 종으로, 이 식물의 씨앗 껍질을 상처 내면 흘러나오는 유액에는 모르핀(morphine), 코데인(codeine), 테바인(thebaine) 등 중추신경계에 작용하는 강력한 알칼로이드 성분이 다량 포함되어 있어, 이 물질들이 정제되면 진통제나 마약의 원료가 됩니다. 반면, 관상용으로 재배되는 양귀비는 품종 개량을 통해 이러한 알칼로이드 성분이 거의 없거나 미량만 들어 있도록 개발된 종류들이며, 형태는 화려하더라도 약리학적으로는 독성이 거의 없거나 매우 낮은 수준입니다. 이러한 차이는 유전적으로 특정 효소를 생산하는 경로(예: 벤질이소퀴놀린 알칼로이드 생합성 경로)의 유무 또는 활성화 정도에 따라 달라지며, 독성 유무는 종뿐 아니라 품종, 재배 환경, 수확 시기 등에 따라서도 영향을 받을 수 있습니다. 따라서 양귀비라고 해서 모두 마약성이 있는 것이 아니며, 식물 내 대사산물의 조성 차이가 독성 유무를 결정하는 핵심 요소라고 할 수 있습니다.
Q. 푸른 홍채와 금발은 어떤 이유로 생기나요?
안녕하세요.푸른 홍채와 금발 머리카락은 모두 멜라닌이라는 색소의 양과 분포에 따라 결정되며, 주로 유전적인 요인에 의해 발생하는 표현형질이라고 볼 수 있습니다. 먼저 푸른 홍채는 실제로 파란색 색소가 있어서가 아니라, 홍채에 존재하는 멜라닌 색소의 양이 매우 적기 때문에 산란 현상(특히 틴들 산란, Tyndall scattering)에 의해 빛이 산란되며 파란색으로 보이는 것입니다. 이 원리는 하늘이 파랗게 보이는 것과 비슷하며, 멜라닌이 많을수록 눈동자는 갈색, 적을수록 파란색으로 보입니다. 금발도 마찬가지로 멜라닌의 한 종류인 유멜라닌(eumelanin)이 적게 생성되기 때문에 생기는 현상으로, 머리카락에 상대적으로 적은 유멜라닌과 소량의 페오멜라닌(pheomelanin)이 섞이면 금발로 보이게 됩니다. 이러한 멜라닌의 생성량과 분포는 OCA2, HERC2, MC1R 등의 특정 유전자에 의해 조절되며, 이 유전자들의 특정한 변이가 유럽인들 사이에서 높은 빈도로 나타나기 때문에 금발과 푸른 홍채가 유럽 북부와 동부에서 비교적 흔하게 나타납니다. 특히 HERC2 유전자의 특정 변이는 OCA2 유전자의 발현을 억제해 홍채의 멜라닌 생성을 줄여 푸른 눈을 유발하는 것으로 알려져 있고, MC1R 유전자는 머리카락 색에 큰 영향을 미치며 금발이나 빨간 머리를 결정짓는 데 관련됩니다. 반면에 동아시아 지역 사람들은 유전자적으로 멜라닌 생성량이 많아 머리카락이 짙은 색이고, 홍채도 갈색인 경우가 일반적입니다. 요약하자면, 푸른 홍채와 금발 머리는 각각 멜라닌 색소의 부족으로 생기며, 모두 특정 유전자들의 조합과 변이에 의해 결정되지만 반드시 함께 나타나는 것은 아니고, 독립적으로 혹은 함께 발현될 수 있습니다.
Q. 개미나 쥐는 벽을 타지만 고양이 등 더 큰 동물들은 벽을 못 타는 이유가 무엇인가요?
안녕하세요. 개미나 쥐처럼 작은 동물들이 수직 벽을 자유롭게 오를 수 있는 반면, 고양이나 개처럼 더 큰 동물들은 벽을 쉽게 타지 못하는 이유는 단순히 근력의 문제가 아니라, 물리학적 스케일 효과와 표면 접착 메커니즘의 차이에서 비롯됩니다. 아주 작은 동물들은 자신의 체중에 비해 발에 작용하는 점착력(예: 정전기, 반데르발스 힘, 발바닥의 미세한 털 구조 등)이 훨씬 상대적으로 크기 때문에, 벽면과의 접촉 면적만으로도 충분한 접착력이 생겨 수직 또는 천장까지도 기어오를 수 있습니다. 이는 체중이 표면적의 세제곱에 비례하고, 점착력은 접촉면적에 따라 달라지는 물리 법칙에 따른 것으로, 생물이 커질수록 체중 대비 접착력이 상대적으로 급격히 줄어들게 됩니다. 예를 들어 개미나 파리는 발바닥 전체가 접착에 이용되며 그 면적도 무게에 비해 충분하지만, 고양이처럼 수 킬로그램 이상 되는 동물이 같은 방식으로 벽을 타려면 발바닥 전체가 흡착판처럼 진화되어야 하고, 심지어 몸의 대부분을 벽에 밀착시켜야 할 만큼 넓은 접촉면적이 필요하지만, 그런 구조는 근육 활동, 균형 유지, 사냥 등의 다른 생존 기능에 불리하기 때문에 진화적으로 채택되지 않았습니다. 따라서 고양이나 개 같은 중형 포유류는 벽을 오르기 위해서는 강력한 점프력이나 표면의 요철을 활용한 기어오르기 외에는 현실적으로 벽을 탈 수 없고, 이는 작은 동물들이 사용할 수 있는 미세한 표면의 불규칙성조차도 큰 동물에게는 의미가 없기 때문에, 생물의 크기와 중력의 상대적 영향 차이가 결정적인 역할을 합니다.
Q. 공기 정화에 도움이 되는 식물이 뭘까요?
안녕하세요.식물에 의한 공기정화 원리는 첫째, 잎과 뿌리쪽 미생물의 흡수에 의한 오염물질 제거인데요, 잎에 흡수 된 오염물질은 광합성의 대사산물로 이용되고, 화분 토양내로 흡수됩니다. 이때 실내 공기 정화에 도움이 되는 식물로는 산세베리아, 스파티필럼, 아레카야자, 벤자민고무나무, 아이비(헤데라) 등이 대표적이며, 이들은 공기 중의 포름알데히드, 벤젠, 톨루엔 등의 휘발성 유기화합물(VOC)을 흡수하거나 이산화탄소를 산소로 전환하는 광합성 작용을 통해 실내 공기 질을 개선하는 데 기여한다고 알려져 있습니다. 특히 산세베리아는 밤에도 약하게 광합성을 하는 CAM(Crassulacean Acid Metabolism) 식물로, 이산화탄소를 흡수하고 산소를 내뿜어 수면 중 공기 질 개선에 도움을 줄 수 있으며, 물을 자주 주지 않아도 되고 빛이 적은 환경에서도 잘 자라 관리가 쉬운 편입니다. NASA의 'Clean Air Study'에서도 이와 같은 식물들이 실내 공기 중 유해물질 제거에 효과적이라고 보고한 바 있지만, 최근 연구에서는 이러한 공기 정화 효과가 실제 생활환경에서는 식물 ㎡당 제거 능력이 미미하며, 실내 공기 정화에 실질적인 영향을 주려면 매우 많은 수의 식물이 필요하다는 반론도 있어, 식물을 통한 공기 정화는 보조적인 효과로 이해하는 것이 과학적으로 더 타당하며, 주기적인 환기와 함께 식물을 병행하는 것이 건강한 실내 공기 질 유지에 도움이 됩니다.
Q. 바퀴는 왜 이렇게 안 죽을까요? 이유를 설명해주세요
안녕하세요.바퀴벌레가 쉽게 죽지 않는 이유는 놀라운 생물학적 특성과 적응력 덕분입니다. 우선 바퀴벌레는 강한 외골격과 단순한 생리 구조를 가지고 있어서 부위가 손상되어도 생존할 수 있는 능력이 뛰어납니다. 예를 들어 머리가 잘려도 며칠간 살아있을 수 있는데, 이는 순환계와 호흡계가 머리와 독립적으로 작동하기 때문입니다. 또 호흡은 기문이라는 몸통에 있는 작은 구멍을 통해 이뤄지며, 신경계도 분산형이라 뇌가 없어도 기본적인 반응은 할 수 있습니다. 바퀴벌레는 또한 잡식성으로 거의 모든 유기물을 먹고 살며, 한 번에 수십 개의 알을 낳는 번식력도 매우 높아 생존에 유리합니다. 이뿐만 아니라 방사선에 대한 저항력도 높아 인간이 견딜 수 없는 방사능 환경에서도 살아남을 수 있습니다. 바퀴벌레의 친척으로는 같은 절지동물 문에 속하는 사마귀, 메뚜기, 귀뚜라미 등이 있으며, 이들 역시 환경 적응력이 뛰어난 곤충입니다. 이러한 특성들 덕분에 바퀴벌레는 수억 년 전부터 지구상에 존재해온 ‘생존의 달인’으로 불리는 것입니다.